[发明专利]含长侧链有机硅的聚醚型聚氨酯预聚体及制备方法与应用

说明书

技术领域

本发明属于化学化工领域，涉及聚氨酯预聚体的合成，具体是指一种含长侧链有机硅的聚醚型聚氨酯预聚体及制备方法与应用。

背景技术

聚氨酯(PU)全称为聚氨基甲酸酯，是主链上含有重复的氨基甲酸酯基(-NHCOO-)的高分子材料的总称，具有优异的机械性能，优良的耐磨性能、耐疲劳性、抗曲挠性、耐化学腐蚀性等。但是该材料不耐高低温、易燃、耐水性不好，表面性能及介电性能差，因而限制了其在某些领域的应用。有机硅是分子结构中含有硅元素的有机高分子化合物，主链是一条由硅原子和氧原子交替组成的稳定骨架(Si-O-Si)，侧链上连接着有机基团，具有良好的耐热性、耐候性、耐水性、电绝缘性、低表面能和生物相容性等。但也有不足之处，如机械性能差、附着力低、耐溶剂性能差等。

用有机硅改性聚氨酯可综合上述两种材料的优点，克服单一高分子材料性能缺陷，在基本保持聚氨酯机械性能的前提下提高其热稳定性、疏水性、表面性能及介电性能等。改性方法可分为：嵌段共聚改性法、接枝共聚改性法、互穿网络聚合改性法等。其中，采用接枝共聚改性法，可以实现添加少量有机硅而显著改善聚氨酯材料的表面性能和耐热性的目的，并且不会有严重微相分离，有利于保持聚氨酯的机械性能。尤其是接枝长链有机硅，可有效改善聚氨酯的表面性能。现有技术中常选用侧链含有多氨基官能团的氨基聚硅氧烷接枝改性聚氨酯，通过侧链上相隔若干个碳原子的两个氨基分别与异氰酸酯基(-NCO)结合，从而使硅氧烷链悬挂在聚氨酯的主链上。此反应存在反应速度过快，不易控制的缺点。

发明内容

本发明的首要目的在于克服现有技术的不足之处，提供一种含长侧链有机硅的聚醚型聚氨酯预聚体。

本发明的另一个目的在于提供上述含长侧链有机硅的聚醚型聚氨酯预聚体的制备方法。

本发明的再一个目的在于提供上述含长侧链有机硅的聚醚型聚氨酯预聚体在聚氨酯弹性体制备中的应用。

本发明的目的可以通过以下技术方案实现：

一种含长侧链有机硅的聚醚型聚氨酯预聚体，其特征在于：其结构式为：

其中，R₁为中的一种；

R₂、R₃、R₄为甲基或H；

R₅为[(CH₃)₂SiO]_ｍ或中的一种，其中R＇为烃基，m=6～1300；

R₆为烷基或H；

R₇、R₈为烷基；n=2～50。

上述含长侧链有机硅的聚醚型聚氨酯预聚体的制备方法，包含以下步骤：

（1）按重量份计，100份聚醚三元醇与10～50份二异氰酸酯反应，反应温度控制范围为60℃～130℃，反应时间为0.5～7小时，得到异氰酸酯基(-NCO)封端的聚氨酯预聚体；

（2）在上述预聚体中加入15～1500份长链单端羟基聚硅氧烷和0.0～0.5份有机金属催化剂，进行接枝改性反应，反应温度控制范围为75℃～130℃，反应时间为0.5～5小时，制得含长侧链有机硅的聚醚型聚氨酯预聚体。

所述有机金属催化剂选自有机锡催化剂、有机锌催化剂，其中优选的有机锡催化剂为二丁基锡二月桂酸酯。

步骤（1）中所述聚醚三元醇选自分子量为300～6000的聚氧化丙烯醚三元醇、四氢呋喃-氧化丙烯醚共聚三元醇。

步骤（1）中所述二异氰酸酯选自甲苯二异氰酸酯（TDI）、二苯基甲烷-4,4’-二异氰酸酯(MDI)、异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI)、六亚甲基二异氰酸酯(HDI)、对苯二异氰酸酯（PPDI）、亚苯二甲基二异氰酸酯（XDI）、1,4-环己烷二异氰酸酯(CHDI)、萘-1,5-二异氰酸酯（NDI）。其中，优选的二异氰酸酯为甲苯二异氰酸酯（TDI）或二苯基甲烷-4,4’-二异氰酸酯(MDI)。

步骤（2）所述长链单端羟基聚硅氧烷，其制备方法为：先用0.5～3份氯硅烷与100份双端羟基聚硅氧烷的甲苯溶液混合搅拌20～60分钟，反应温度控制范围为-10℃～10℃；再在50℃～80℃下旋转蒸发除去甲苯和水；然后在100℃～130℃真空干燥至少2小时以除水，得长链单端羟基聚硅氧烷。

所述氯硅烷选自三烷基一氯硅烷、二烷基二氯硅烷、一烷基氢二氯硅烷、二烷基氢一氯硅烷。其中优选的氯硅烷为三甲基一氯硅烷。